一种梯度功能镍钛合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种梯度功能镍钛合金及其制备方法和应用。所述方法包括如下步骤：a)利用三维建模软件，设计多组模型，然后按照需求，以其中一组模型作为基底模型，然后将剩余模型相应的堆叠其中；b)根据设计的组合模型，按照需求，首先对基底模型进行工艺参数的赋值，然后依次对堆叠模型进行工艺参数赋值；c)利用激光，制备得到所述梯度功能性NiTi合金制件。本发明专利技术能够控制激光扫描的顺序与流程，制造出功能梯度化NiTi合金制件。该方法使制备具有梯度的NiTi制件变得简单易控制，且制造出的NiTi合金具有很好的渐变式相变特征。金具有很好的渐变式相变特征。金具有很好的渐变式相变特征。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度功能镍钛合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于镍钛合金领域，涉及一种梯度功能镍钛合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]NiTi合金由于其优异的形状记忆效应和超弹性，是应用最广泛的形状记忆合金。已经证实其最大可恢复应变高达8％。同时，还具有低杨氏模量、高阻尼以及良好的生物相容性和耐腐蚀性，使得NiTi合金成为航空航天、生物工程领域以及汽车工业领域中的绝佳候选材料，常被用于一些关键结构的巧妙设计。这些独特性能是来源B2相和B19'相之间的可逆热弹性马氏体转变。然而，在控制、驱动形状记忆的过程中，马氏体相变温度(MTT)的狭窄给其带来了一定的难度，因为太短的相变意味着形状回复过程太快。其次，应变
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应力曲线上缺乏应变硬化也阻碍了NiTi合金的应用。所以近年来，以加热或冷却时发生渐变式马氏体相变为特征的功能梯度NiTi合金被认为是解决上述问题的有效方法。
[0003]目前，为了实现渐变式相变，通常在NiTi合金中引入特定微观结构、成分或几何梯度，来实现功能梯度特性。相关的技术与方法包括物理气相沉积(PVD)、扩散退火处理、化学处理和激光退火等。但总的来说，这些方法在实施时较为复杂，难以很好地控制相变温度以及梯度的准确变化。
[0004]近年来，增材制造方法(又称3D打印技术)在功能结构件制造领域得到高度重视，相对于传统加工方法(如铸造、锻轧或粉末冶金法等)，3D打印基于“分层制造、逐层叠加”的制造思想，可以由数字化模型直接驱动快速制造任意复杂形状三维物理实体。其中，选择性激光熔化技术是增材制造的一种，利用CAD/CAE软件进行建模，在软件中对复杂模型进行切片，每一层切片都包含该切片层的所有几何信息，以STL格式保存文件，再导入打印设备，以高能激光束将金属粉末逐层熔化直至最终成形完整的零件。
[0005]NiTi合金是一种优异的、带有形状记忆功能性材料，利用它可以制造出特殊功能的结构件，但是传统的制造方法，如锻造、熔铸以及传统粉末冶金法难以控制其精确的结构与成分；选择性激光熔化法具有精确制造复杂形状结构的优点，但目前制备的NiTi合金的制件功能较为单一，而且在相变温度上较为狭窄，难以制造出具有梯度功能的NiTi结构件。

技术实现思路

[0006]为改善现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供一种梯度功能镍钛合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：构建组合模型，以其中一组模型作为基底模型，将剩余模型堆叠在基底模型中，采用选择性激光熔化方法，按照组合模型中各模型的堆叠顺序进行激光扫描、成型，制备得到所述梯度功能镍钛合金。
[0007]优选地，所述剩余模型中至少有一个模型的激光功率与基底模型不同，所述剩余模型中各模型的激光功率呈梯度变化；例如，所述梯度变化可以呈规律性或非规律性梯度变化；比如呈等差梯度变化。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述模型由CAD/CAE建模软件构建。
[0009]根据本专利技术的实施方案，所述组合模型中的各模型可以独立地选自下述工艺参数：激光功率10～95W，光斑直径为30～50μm，扫描速度为250～800mm/s，扫描间距为80～110μm，铺粉层厚为25～30μm。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述激光扫描的扫描策略可以为棋盘式扫描或岛式扫描。
[0011]例如，所述组合模型中的各模型可以独立地选自下述工艺参数：扫描激光功率(P)为40～70W，光斑直径(d)为35～45μm，扫描速度(v)为250～500mm/s，扫描间距(h)为90～100μm，铺粉层厚(t)为25～30μm。
[0012]示例性地，所述组合模型的模型数可以为3组、4组、5组、6组、7组、8组、9组、10组。
[0013]根据本专利技术示例性的实施方案，所述组合模型的模型数为7组，以模型1作为基底模型，其余模型堆叠在工作段，
[0014]模型1的工艺参数为：激光功率60W，扫描速度440mm/s，扫描间距110μm，铺粉层厚25μm，扫描策略为棋盘式扫描；
[0015]模型2、3、4、5、6、7的激光功率分别为15W、30W、45W、60W、75W、90W，其余参数与模型1相同或不同。
[0016]根据本专利技术示例性的实施方案，所述组合模型的模型数为7组，以模型1作为堆叠模型，其余模型作为基底模型，将模型1的拉伸件工作段堆叠于基底模型中，
[0017]模型1的工艺参数为：激光功率60W，扫描速度440mm/s，扫描间距110μm，铺粉层厚25μm，扫描策略为棋盘式扫描；
[0018]模型2、3、4、5、6、7的激光功率分别为15W、30W、45W、60W、75W、90W，其余参数与模型1相同或不同。
[0019]根据本专利技术的实施方案，铺粉的粉末为由原子气雾化法制得的预合金近等原子比NiTi粉末，粉末颗粒直径分布在15～53μm范围内，且在使用前经过真空干燥处理，优选经过60～120℃真空干燥处理4～5小时。
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述制备方法还包括激光扫描后，成型于基板上，得到梯度功能性镍钛合金。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述成型过程中要保证氧气含量≤500ppm(即激光选区熔化设备中氧气传感器显示的氧含量数值≤0.05％)；优选采用氩气保护，气压保持在10～20mbar。
[0022]根据本专利技术的实施方案，所述基板为NiTi合金基板。
[0023]根据本专利技术的实施方案，在扫描和成型过程中，激光会优先扫描基底模型所在的层，然后依次按照堆叠模型的顺序扫描叠加模型所在的层。
[0024]根据本专利技术的实施方案，所述选择性激光熔化在已知选区激光熔化成型设备中进行。
[0025]根据本专利技术示例性的实施方案，所述梯度功能镍钛合金的制备方法包括如下步骤：
[0026]a)利用CAD/CAE建模软件，设计多组模型，然后按照需求，以其中的一组模型作为基底模型，然后将剩余模型相应的堆叠其中；
[0027]b)根据步骤a)设计的组合模型，在选择性激光熔化设备中摆放制品的三维STL数
据，按照需求，首先对基底模型进行工艺参数的赋值，然后依次对堆叠模型进行工艺参数赋值；
[0028]c)利用激光，将组合模型打印成型于基板上，制备得到所述梯度功能镍钛合金。
[0029]本专利技术还提供一种梯度功能镍钛合金，所述梯度功能镍钛合金具有渐变式相变特征。
[0030]例如，所述梯度功能镍钛合金具有多个应变平台。
[0031]例如，所述梯度功能镍钛合金在循环拉伸时，具有明显的应变硬化特征。
[0032]优选地，所述梯度功能镍钛合金由上述方法制备得到。
[0033]本专利技术还提供上述梯度功能镍钛合金在航空航天、生物工程或汽车工业领域中的应用。
[0034]本专利技术的有益效果
[0035]针对选择性激光熔化制造梯度NiTi合金制件难的技术问题，本专利技术提供了一种基于选择性激光熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度功能镍钛合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：构建组合模型，以其中一组模型作为基底模型，将剩余模型堆叠在基底模型中，采用选择性激光熔化方法，按照组合模型中各模型的堆叠顺序进行激光扫描、成型，制备得到所述梯度功能镍钛合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述剩余模型中至少有一个模型的激光功率与基底模型不同，所述剩余模型中各模型的激光功率呈梯度变化；例如，所述梯度变化可以呈规律性或非规律性梯度变化；比如呈等差梯度变化。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述模型由CAD/CAE建模软件构建。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述组合模型中的各模型独立地选自下述工艺参数：激光功率10～95W，光斑直径为30～50μm，扫描速度为250～800mm/s，扫描间距为80～110μm，铺粉层厚为25～30μm。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述激光扫描的扫描策略为棋盘式扫描或岛式扫描。6.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：林锦新，詹建斌，卢衍锦，黄婷婷，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：